采用S1D13706和EL显示器的显示模块

黄巍华， 张同卿， 王捍伟， 张浩峰

(中航工业洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471009)

0 引言

声纳浮标是现代反潜机普遍使用的一种搜潜器材，主要在下列情况下使用:1)在已知有潜艇活动的海域，并要在短时间内对较大范围进行搜索时;2)希望在一定时间内封锁敌潜艇可能通过的航道时;3)为重要目标担负反潜巡逻警戒时。反潜巡逻机上装有较为先进的浮标定向仪和浮标信号处理系统。声纳浮标是一次性使用的探测器材，分为主动式和被动式两大类，被动式又分为定向和全向两种，此外还有海洋背景噪声浮标等辅助性浮标。

在声纳浮标信号处理系统中，需要对声纳浮标发射的无线电信号进行接收、采样、解调、实时处理。对处理器性能要求较高，DSP以其出色的数字信号处理能力成为首选。而EL显示器即电致发光显示器(Electro-Luminescent Display)具有高可靠性、宽温度范围、精巧轻便、结构坚固等特点，用它将DSP处理的数据实时、直观地显示出来，使声纳浮标信号处理系统的可靠性、环境适应性得到大大加强。

在文献［1］中采用 S1D13706芯片实现了TMS320C6211 DSP处理图像在车载HR-TFT LCD上的显示。相对于HR-TFT LCD显示器，EL显示器能够耐受极端的环境条件。工作温度达到－40～+85℃，能够抵抗苛刻应用环境下的剧烈震动，典型规格是它能耐受超100 Gs的振动。显示屏和控制电路具有密封的固态特征，这使得它具有更高的可靠性，平均无故障时间(MTBF)超过50000 h。本文针对声纳浮标信号处理系统的要求，采用S1D13706芯片和EL显示器设计了一种基于TMS320C6713 DSP控制的显示模块，实现了DSP处理的数据在EL显示器上的显示。

1 声纳浮标信号处理系统简介

声纳浮标信号处理系统总体设计框图如图1所示。系统工作流程如下:首先通过AD芯片对声纳信号进行高速采样，用EDMA方式实现数据的传输［2－3］，之后触发DSP中断，DSP在中断服务程序中进行FFT等一系列运算后［4］，将数据通过显示芯片S1D13706驱动EL显示器显示。该系统还可以通过串口与其他系统进行通讯。

图1 系统总体设计框图Fig.1 Block diagram of the system

软件工作流程如图2所示。

图2 系统软件工作流程图Fig.2 Flow chart of the system software

本设计是声纳浮标信号处理系统中的显示模块部分。

2 显示模块硬件设计

显示模块的硬件组成主要包括显示驱动芯片S1D13706和EL显示器，显示驱动芯片S1D13706的作用是将DSP写入显存的数据转换后显示在EL显示器上，显示模块的接口结构如图3所示。

声纳浮标信号处理系统采用了TI公司C6000系列DSP中的 TMS320C6713［5－6］作为核心处理器。TMS320C6713 是一款浮点型高性能DSP，主频为300 MHz，处理能力达到2400MIPS/1800MFLOPS。TMS320C6713在图像处理、数字信号处理以及自动控制等领域得到了广泛的应用。显示模块与TMS320C6713相配合实现了DSP数据在EL显示器上的显示。

图3 显示模块的接口结构图Fig.3 Interface structure of the display module

2.1 S1D13706 液晶屏控制芯片［7］

S1D13706芯片是一种适用于彩色/单色LCD的液晶屏控制芯片，是EPSON公司针对中小尺寸液晶图形显示应用而设计的，工作温度在－40～+85℃。其主要特点:1)内置80 kB显示存储器，支持64 k颜色显示;2)可以直接连接多种规格产品的LCD控制器;3)可实现高达18位数据宽度的接口;4)其特有的硬件旋转、画中画、虚拟显示等特效显示功能，为LCD提供了多样而灵活的显示方式，解决了软件处理的速度慢和工作量大等弊端;5)高集成度提供了低功耗、低价格、小尺寸、单芯片等众多优点，满足对尺寸和功耗敏感的嵌入式系统的需求，是图形显示模块设计的一种优秀方案。

S1D13706芯片与DSP接口部分主要包含数据总线 DB［15:0］、地址总线 AB［16:0］、片选信号 CS#、显存/寄存器选择信号 M/R#、读信号 RD#和写信号WE0#。TEA20信号可作为M/R#的选择信号，DSP的时钟输出可作为S1D13706芯片的总线时钟信号(CLKI)。S1D13706芯片的 WAIT#信号与 DSP的READY信号连接。S1D13706芯片与EL显示器接口中的FPDAT［7:4］为4位数据总线，用于传输图像数据。FPFRAME为帧同步信号，作为每帧图像的显示脉冲。FPLINE为行同步信号，作为图像每行数据的显示脉冲。FPSHIFT为控制输入像素数据的时钟信号，作为每个像素的显示脉冲。

2.2 EL 显示器(EL320.240.36-HB)［8］

EL显示器发光机理是在电场的作用下电子在发光层内高速运动，激活发光材料原子使其发生能级跃迁而发光。是替代无源被动液晶显示器产品的崭新技术，同时具有更高的亮度、对比度，以及与LCD兼容的接口。EL显示器能够在－40～+85℃温度范围下工作。即使工作在最高或最低温度段，仍能保持显示器的快速响应，对比度和可视角度不会降低，无需调整。EL显示器可用于严酷、苛刻的军工环境。EL显示器的响应时间(显示数据所需的时间)不到1 ms。平达Planar电致发光显示器采用特殊设计，最大程度降低了EMI敏感性和EMI的产生。平达进行了各种长期测试，显示器的MTBF达50000 h。

根据需求，本方案选用平达公司5.7in(注:1in=2.54 cm)EL 显示器 EL320.240.36 HB。点阵形式为320×240，单色显示，高亮度，亮度可调节，可以显示图形和文字。工作温度－40～+85℃，4位LCD视频接口。其接口包括以下数字输入信号:VS(表示一帧数据传输的开始)，HS(表示一行数据传输的开始)，VCLK(控制输入像素数据的时钟信号)和VID(像素数据)。信号VID［3:0］为4输入。像素数据都在每个时钟脉冲边缘输入。每个时钟脉冲传输4 b并行数据。

3 显示模块软件设计

显示模块软件设计主要是S1D13706芯片的初始化程序设计。在EL显示器开始显示之前，必须首先对S1D13706芯片内部寄存器进行初始化，设定显示模块的参数，如单色、图像尺寸、分辨率、显示速度等。S1D13706芯片将DSP EMIF口时序转换为通用STN接口时序才能保证EL显示器正常工作。通过CPLD程序［9－10］设定DSP对S1D13706 芯片的片选信号CS#、显存/寄存器选择信号M/R#的映射关系后，可以根据DSP地址总线查找对应的寄存器并进行初始化。S1D13706芯片的读信号 RD#和写信号 WE0#通过CPLD［11］直接与DSP读写信号连接。下面给出本系统中S1D13706芯片的初始化流程图如图4所示。

图4 S1D13706芯片的初始化流程图Fig.4 Flow chart of the initialization of S1D13706

本系统中，EL320.240.36 HB显示器的分辨率为320×240，数据宽度为4 b，单色显示。根据对应寄存器的功能，需要将平板类型寄存器Regbase［0x10］设定为0x00，设置为4位宽度单色STN接口。将显示模式寄存器Regbase［0x70］设定为0x80(bit7=1)时显示无效，设定为0x00(bit7=0)时显示有效。

本系统将S1D13706芯片的显存和寄存器映射到6713的EMIF CE2空间，EMIF CE2空间定义为16位宽度的异步接口。显存和寄存器映射命令语句为

关闭显示时，需设置显示模式寄存器，显示模式寄存器偏移地址为70 h，相关命令语句为:Regbase［0x70］=0x80;其他寄存器初始化与上述方法相同。

DSP数据写入S1D13706芯片显存后，需要根据查找表的设置转化后进行输出显示。由于本系统采用每一像素对应显存数据字节中的一位数据单色显示模式。只需对查找表绿色单元写数据寄存器Regbase［0x09］和查找表写地址寄存器Regbase［0x0b］进行设置。Regbase［0x09］存放将被写入查找表绿色单元的数据，Regbase［0x0b］形成一个查找表地址用来将存放在Regbase［0x09］的数据写入查找表绿色单元，查找表数据只有在Regbase［0x0b］写操作完成后更新。本系统中查找表绿色单元0地址存放数据0x00，1地址存放数据0xff。查找表初始化相关命令语句为

开始显示时，需要设置寄存器Regbase［70 h］第7位为0。

对于本系统的1 bpp(每像素1位单色)模式如图5所示。从显存中输出的每1位数据的状态作为单色查找表的索引如图6所示，得到查找表(LUT)中的6位灰度数据。由S1D13706芯片的数据线FPDAT［7:4］将6位灰度数据的高4位输出至EL320.240.36 HB显示器的数据线VID［3:0］进行显示。

图5 每像素对应1位数据显存组织结构图Fig.5 One bit per-pixel display data memory organization

图6 每像素对应1位数据单色模式下数据输出通道Fig.6 One bit per-pixel monochrome mode data output path

4 结论

显示模块的核心器件S1D13706使用了一种可靠的低延迟CPU架构，支持无需READY/WAIT#握手信号的微处理器。32位内部数据通道提供了写入显存的高性能带宽，允许屏幕快速刷新。通过内部寄存器设置，支持多种显示器接口。EL显示器具有出色的视觉性能、快速的显示反应时间、坚固耐用的结构、长工作寿命、宽温度范围等特点，可应用于众多场合，尤其适用于严苛的环境。在本文中提供了一种以S1D13706芯片为核心的显示模块软、硬件设计方案，实现了DSP处理数据在EL320.240.36 HB显示器上的显示，为复杂环境下显示模块的设计提供了一种可以借鉴的方法。

本设计应用于声纳浮标信号处理系统中的显示模块。显示器点阵形式为320×240，可以显示图形和文字，性能满足系统要求。该显示模块硬件具有结构简单、环境适应性好、性能可靠的特点，软件具有控制灵活，程序调试方便等优点。本设计方案经适当改进，可用于有类似需求的其他系统。

［1］彭彰，吴晓娟，耿磊.S1D13706在便携式DSP图像处理系统中的应用［J］.山东大学学报:工学报，2006，36(1):111-115.

［2］TMS320C6000 peripherals reference guide［Z］.Texas Instruments，2001.

［3］张伟，刘文，刘朝晖.基于CPLD控制的高速图像数据采集接口设计与实现［J］.电光与控制，2009，16(2):91-93.

［4］俞卞章.数字信号处理［M］.西安:西北工业大学出版社，2002.

［5］TMS320C6713 floating-point digital signal processor［Z］.Texas Iinstruments，2006.

［6］李方慧，王飞，何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用［M］.北京:电子工业出版社，2005.

［7］S1D13706 embedded memory LCD controller hardware functional specification［Z］.EPSON，2008.

［8］EL320.240.36-HB high-bright small graphics display user’s manual［Z］.Planar，2006.

［9］王诚，吴继华，范丽珍，等.Altera FPGA/CPLD设计(基础篇)［M］.北京:人民邮电出版社，2006.

［10］求是科技.VHDL应用开发技术与工程实践［M］.北京:人民邮电出版社，2005.

［11］MAX 3000A programmable logic device family data sheet［Z］.ALTERA，2006.